《液压与气压传动技术》液压与气压传动技术的工作原理、系统组成及特点（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《液压与气压传动技术》液压与气压传动技术的工作原理、系统组成及特点-讲义 知识点一 液压与气压传动技术在机器中的作用 一台完整的机器一般由原动机、传动机构、工作机构三部分组成，如图1所示。 原动机是机械的动力源，主要为电动机、内燃机等；工作机构指完成该机械工作任务的直接工作部分。由于原动机的功率和转速变化范围有限，为适应工作机构的负荷和工作速度的变化， 即工作性能的要求，在原动机和工作机构之间设置有起着传递能量和控制作用的传动机构。 图1 机器的组成 传动技术有机械传动、电气传动、流体传动三类。机械传动是通过齿轮齿条、蜗轮蜗杆、带轮、凸轮等机件直接将动力传递到工作机构的传动形式。电气传动是利用电气设备，通过调节电流、电压等参数来传递、控制动力的传动形式。流体传动是以有压流体（液体或压缩空气）为工作介质来实现能量传递和控制的一种传动形式。 图2 液体传动示意图 其中，液体传动是以液体为工作介质来传递动力（能量）的，它可分为液压传动和液力传动两种形式，液压传动以液体压力能来传递动力，液力传动以液体动能来传递动力，如图2所示；气压传动主要以压缩空气的压力能来传递动力，如图3所示，压缩空气经控制阀进入制动缸，推动制动拉杆（活塞杆），带动火车车辆的制动梁及制动闸瓦移动，从而实现轮对制动。 液压（气压）传动：将多种元件组成不同功能的基本回路，再由若干个基本回路有机组合成能完成一定控制功能要求的液压（气压）系统，来进行能量的传递、转化和控制，以满足机电设备对各种运动和动力的需求。 图3 气压传动示意图 气压传动系统中，压缩空气的主要作用是（ ） A. 提供动力 B. 清洁 C. 密封 D. 保温 【答案】A 【解析】气压传动是以压缩空气为工作介质来传递动力和控制信号的，压缩空气的主要作用就是为系统提供动力，驱动气动执行元件运动。 1.下列哪项不是液压传动在机床中常见的作用（ ） A. 工作台的进给运动 B. 主轴的旋转运动 C. 刀具的夹紧与松开 D. 尾座的顶紧 【答案】B 【解析】机床中，工作台进给、刀具夹紧松开、尾座顶紧等动作常采用液压传动来实现，而主轴的旋转运动一般由电机通过齿轮、带轮等机械传动装置来驱动，较少采用液压传动。 2.气压传动在自动化生产线中常用于（ ） A. 高速高精度的定位 B. 大负载的搬运 C. 驱动轻型的执行机构，如气缸、气爪等 D. 精确的速度控制 【答案】C 【解析】气压传动具有动作迅速、反应快等特点，常用于驱动轻型的执行机构，如气缸用于实现直线运动、气爪用于抓取物体等。但气压传动精度相对较低，不适合高速高精度定位和精确速度控制，且在大负载搬运方面不如液压传动。 3. 以下关于液压与气压传动在工业机器人中的作用，说法错误的是（ ） A. 液压传动可提供较大的驱动力，用于机器人的大负载关节运动 B. 气压传动可用于机器人的一些快速、轻型的动作，如手指的抓取 C. 液压传动响应速度比气压传动快 D. 气压传动系统相对液压传动系统更清洁、安全 【答案】C 【解析】一般来说，气压传动的响应速度比液压传动快，因为气体的可压缩性大，流动阻力小，能快速实现动作。液压传动虽然能提供较大驱动力，但由于液体的可压缩性小，在响应速度上相对较慢。 1.在汽车的制动系统中，液压传动的作用是（ ） A. 传递制动力，使车轮减速或停止 B. 控制汽车的行驶方向 C. 提供汽车的动力 D. 调节汽车的悬挂高度 【答案】A 【解析】汽车制动系统中，液压传动将制动踏板的力传递到各个车轮的制动器上，使制动器产生制动力，从而使车轮减速或停止。控制行驶方向由转向系统完成，提供动力由发动机等完成，调节悬挂高度一般由空气悬挂系统或其他专门的悬挂调节系统完成。 2.气压传动在气动工具中的主要作用是（ ） A. 产生旋转或冲击运动，驱动工具工作 B. 调节工具的工作温度 C. 防止工具生锈 D. 显示工具的工作状态 【答案】A 【解析】气动工具如气动扳手、气动钻等，利用气压传动将压缩空气的能量转化为旋转或冲击运动，从而驱动工具进行工作，调节温度、防止生锈和显示工作状态都不是气压传动在气动工具中的主要作用。 3.液压传动在起重机中可以实现的功能不包括（ ） A. 吊臂的伸缩 B. 起重机的行走 C. 货物的起升和下降 D. 吊臂的俯仰 【答案】B 【解析】起重机中，液压传动常用于实现吊臂的伸缩、货物的起升下降以及吊臂的俯仰等动作。而起重机的行走一般由专门的行走机构，如轮胎式或履带式行走装置，通过机械传动或电力驱动等方式来实现，不是液压传动的主要应用功能。 · 液压传动以液体为介质，利用压力能传递动力，适用于高功率、高精度场合。 · 气压传动以压缩空气为介质，利用压力能传递动力，适用于低功率、快速响应场合。 · 液力传动以液体为介质，利用动能传递动力，适用于大功率、平稳传动场合。 · 传动系统组成包括动力源、控制元件、执行元件和辅助元件，实现能量传递和控制 知识点二 液压与气压传动的工作原理及系统组成 一、液压与气压传动的工作原理： 液压与气压传动的基本工作原理、元件工作机理及回路构成等诸多方面都很相似，所不同的是作为液压传动工作介质的液体几乎不可压缩，而作为气压传动工作介质的空气具有较大的可压缩性。 如图4所示，为液压千斤顶工作原理图，杠杆手柄、小缸体、小活塞和两个单向阀组成手动液压泵，大缸体和大活塞组成举升缸。当抬起杠杆手柄使小活塞向上移动时，小缸体下腔的密封容积变大，会产生一定的真空度，在大气压力作用下，油箱中的油液通过油管推开单向阀1进入小缸体下腔，而此时单向阀2在真空度作用下处于关闭状态，即完成吸油动作。当压下杠杆手柄 使小活塞向下移动时，小缸体下腔的密封容积变小，油压升高，使单向阀1关闭、单向阀2 打开，小缸体下腔的油液经油管进入大缸体下腔，迫使大活塞向上移动，抬高重物，即完成压油动作。 如此反复地抬、压杠杆手柄，就能不断地把油液压入大缸体下腔，使重物逐渐升起，达到起升的目的。工作完成后，打开截止阀，大缸体下腔的油液经过油管、截止阀流回油箱，大活塞也在重物和自重作用下回落至起始位置。大、小缸体组成了最简单而经典的液压传动系统，实现了运动和动力的传递。 通过上述液压千斤顶的工作原理可知： （1）如果大活塞上没有重物（负载），则摇动杠杆手柄所需的力就很小；大活塞上的重物越重，摇动杠杆手柄所需的力就越大，缸内的油液被挤压的程度就越严重，即缸内密封腔内的压力就越高，也就是说，缸内压力的大小取决于负载的大小。 （2）如果摇动杠杆手柄的速度越快，则单位时间内小活塞往复运动挤进大缸体的液体量（流量）就越大，大活塞上升的速度就越快，也就是说，大活塞运动速度的大小取决于流量的大小。 由上例可见，液压与气压传动具有以下基本特点： （1）以流体为工作介质来传递运动和动力； （2）液压与气压传动必须在密封容器内进； （3）依靠密封容器的容积变化传递运动； （4）依靠流体的静压力传递动力。 图4 液压千斤顶工作原理图 二、液压与气压系统实例： 图5-a所示为机床工作台液压系统结构原理。该液压系统由油箱、过滤器、液压泵、 换向阀、溢流阀、节流阀、液压缸及油管等组成。 该系统的工作原理：液压泵由电动机带动旋转后，从油箱经过滤器吸油，由液压泵输出压力油→换向阀1→节流阀→换向阀2→液压缸左腔，推动活塞并带动工作台向右移动；此时，液压缸右腔的油液→换向阀2→油箱。如果将换向阀2的阀芯推向左侧，则经节流阀的压力油→换向阀2→液压缸右腔，推动活塞并带动工作台向左移动；此时，液压缸左腔的油液→换向阀2→油箱。 工作台的运动速度由节流阀调节，并与溢流阀配合实现。 改变节流阀的开口大小，便可以改变进入液压缸的油液，由此可控制液压缸活塞的运动速度，并使液压泵输出的多余油液经溢流阀流回油箱。节流阀的主要功用是控制进入液压缸的流量，进而控制液压缸活塞的运动速度。 工作台运动时还要克服所受到的各种阻力，如摩擦阻力、切削阻力等，这些阻力由液压泵输出的油液压力来克服。根据工作时阻力的不同，要求液压泵输出的油液压力能够进行调节，这个功能是由溢流阀实现的。当油液压力对溢流阀阀芯的作用力略大于溢流阀中弹簧对阀芯的作用力时，阀芯移动，使阀口打开，油液经溢流阀流回油箱，液压泵输出的油液压力将不再升高。溢流阀在液压系统中的主要功用是调节和稳定系统 的最大工作压力。 表达液压（气压)）系统时，虽然结构图直观形象，易于理解，但图形复杂，不便于绘制， 因此一般常用标准的元件图形符号来绘制液压（气压）系统图。这些符号只表示元件的职能、控制方式及外部连接口，不表示元件的具体结构、参数及连接口的实际位置和元件的安装位置。 按照规定，液压（气压）元件图形符号均以元件的非工作位置（静止位置）或零位表示。图5-b 所示为机床工作台液压系统图。 图5 机床工作台液压系统 图6所示为气动扳手工作原理图。气动扳手主要由气动马达和冲击部分组成，气动马达的主要作用是将气体的压力能转换成旋转运动的机械能输出；冲击部分主要由惯性冲击架、打击块和扭力输出轴组成，主要作用是将恒定扭力转换成脉冲扭力。 气动扳手最常见的动力是来自空气压缩机的压缩空气，压缩空气经过管路进入气动扳手的进气口，通过进气阀（扣动扳机作用时接通）、节流阀、调档及正反转旋钮、B配流盘进入叶片式气动马达，带动叶片和转子旋转，从而使气动马达主轴旋转；排气通过A配流盘、排气口排入大气。节流阀控制进入气动马达的压缩空气的流量，从而控制气动马达的转速，调档及正反转旋钮控制气体的流动方向，从而控制气动马达的旋转方向。气动马达的主轴带动惯性冲击架旋转，惯性冲击架带动打击块摆动，并通过扭力输出轴输出脉冲扭力。扭力输出轴的前端有1/2in（1in=2.54cm）的四方头可以接各种套筒。 图6 气动扳手工作原理图 三、液压与气压系统的组成： （1） 动力元件：将原动机输入的机械能转换成流体的压力能的元件，常见的有液压泵或空气压缩机。 （2） 执行元件：将流体的压力能转换成机械能的元件，常见的有做直线运动的液压缸（气缸）、做回转运动的液压马达（气马达）。 （3） 控制元件：对液压（气压）系统中流体的压力、流量和流动方向进行控制和调节的元件，如溢流 阀、节流阀、换向阀等。 （4） 辅助元件：除以上三种元件以外的其他起辅助、保障作用的元件，如油箱、油管、过滤器等。 （5） 工作介质：传递能量的流体，即液压油或压缩空气。 液压传动和气压传动的工作介质分别是（ ） A. 空气和液压油 B. 液压油和空气 C. 水和空气 D. 空气和水 【答案】B 【解析】液压传动以液压油作为工作介质，气压传动以空气作为工作介质。 1.液压千斤顶工作时，缸内压力的大小取决于（ ） A. 杠杆手柄摇动速度 B. 负载大小 C. 油箱油液多少 D. 活塞大小 【答案】B 【解析】从液压千斤顶工作原理可知，缸内压力大小取决于负载大小，负载越重，缸内压力越高。 2.大活塞运动速度的大小取决于（ ） A. 缸内压力 B. 负载大小 C. 流量大小 D. 活塞面积 【答案】C 【解析】摇动杠杆手柄速度越快，单位时间挤进大缸体的液体流量越大，大活塞上升速度越快，即大活塞运动速度取决于流量大小。 3.机床工作台液压系统中，节流阀的主要功用是（ ） A. 调节系统压力 B. 控制进入液压缸的流量，进而控制活塞运动速度 C. 改变油液流动方向 D. 过滤油液杂质 【答案】B 【解析】在机床工作台液压系统中，节流阀通过改变开口大小控制进入液压缸的油液流量，从而控制活塞运动速度。 1.机床工作台液压系统中，溢流阀的主要功用是（ ） A. 调节和稳定系统的最大工作压力 B. 控制油液流动方向 C. 过滤油液杂质 D. 储存油液 【答案】A 【解析】当油液压力对溢流阀阀芯作用力大于弹簧力时，阀芯移动使阀口打开，油液流回油箱，稳定系统最大工作压力。 2.气动扳手的动力来源通常是（ ） A. 电动机 B. 液压泵 C. 空气压缩机的压缩空气 D. 内燃机 【答案】C 【解析】气动扳手最常见动力是来自空气压缩机的压缩空气。 3.气动扳手的节流阀作用是（ ） A. 控制气体流动方向 B. 控制进入气动马达的压缩空气流量，从而控制转速 C. 调节系统压力 D. 过滤气体杂质 【答案】B 【解析】气动扳手的节流阀控制进入气动马达的压缩空气流量，以此控制气动马达转速。 · 以流体为介质在密封容器内靠容积变化传递运动，靠静压力传递动力，液压油不可压缩，空气可压缩。 · 系统组成：包含动力、执行、控制、辅助元件和工作介质。 · 符号表示：常用标准元件图形符号绘制系统图，以非工作位置表示。 知识点三 液压与气压传动的特点 一、液压传动的基本特点： 1.液压传动的优点： （1）液压传动的各种元件可根据需要进行方便、灵活的布置。 （2）单位功率的质量轻，体积小，传动惯性小，反应速度快。 （3）液压传动装置的控制调节比较简单，操纵方便、省力，可实现大范围的无级调速（调速比可达2000），当机、电、液配合使用时，易于实现自动化工作循环及更高程度的自动控制和遥控。 （4）能比较方便地实现系统的自动过载保护。 （5）一般采用矿物油为工作介质，可对有相对运动的零部件进行润滑，延长零部件的使用寿命。 （6）容易实现工作机构的直线运动或旋转运动。 （7）液压元件已实现标准化、系列化和通用化，因此液压系统的设计、制造和使用都比 较方便。 2.液压传动的缺点： （1）液压系统中的漏油、油液的可压缩性、油管变形等都会影响运动传递的准确性，故不宜用于对传动比要求精确的场合。 （2）液压油对温度比较敏感，温度变化容易引起系统工作性能的改变，故液压系统不宜用于温度变化范围较大的场合。此外，油液对污染较为敏感，故液压系统不宜用于环境差、粉尘多的场合。 （3）因为液体流动的阻力损失和泄漏较大，所以液压传动的效率不高，不宜用于远距离传动。同时，如果泄漏处理不当，不仅污染场地，甚至可能引起火灾或者爆炸事故。 （4）为减少泄漏，液压元件的制造精度要求会较高，制造成本较大。液压系统的故障亦较难诊断和排除。 （5）在高压、高速、大流量的环境下，液压系统的噪声较大. 二、气压传动的基本特点： 1.气压传动的优点： （1）工作介质是压缩空气，取用方便，用后的气体可以直接排入大气，不会污染环境。 （2）空气黏度小，流动时压力损失小，适宜集中供气和远距离传输与控制。 （3）对工作环境适应性好，在易燃、易爆、多灰尘、强辐射、振动等恶劣工作环境下，仍 能可靠地工作。 （4）气压传动有较好的自保持能力。即使空气压缩机停止工作，气阀关闭，气压系统 仍可以维持稳定的压力。 （5）维护简单方便，管道不易堵塞，使用安全可靠，并不易发生过热现象。 2.气压传动的缺点 （1）工作压力低(一般低于1MPa)，一般用于小功率场合。在相同输出力的情况下，气压传动装置比液压传动装置的尺寸大。 （2）由于空气的可压缩性大，气压传动的速度稳定性差，会给系统的位置和速度控制精度带来较大影响， 一般可采用气液联动的形式获得较理想的效果。 （3）排气噪声大，需加消声器。 （4）与液压传动相比，气压传动的工作介质本身没有润滑性，需另外加油雾器进行润滑。 以下哪项不是液压传动的优点（ ） A. 元件可灵活布置 B. 单位功率质量轻 C. 传动比精确 D. 可实现自动过载保护 【答案】C 【解析】液压系统中的漏油、油液的可压缩性、油管变形等都会影响运动传递的准确性，不宜用于对传动比要求精确的场合。 1.液压传动中工作介质一般采用（ ） A. 水 B. 矿物油 C. 酒精 D. 压缩空气 【答案】B 【解析】液压传动一般采用矿物油为工作介质，可对有相对运动的零部件进行润滑，延长零部件使用寿命。 2.液压传动能实现大范围无级调速，调速比可达（ ） A. 100 B. 500 C. 1000 D. 2000 【答案】D 【解析】液压传动装置可实现大范围的无级调速，调速比可达2000。 3.液压传动不宜用于以下哪种场合（ ） A. 对传动比要求精确的场合 B. 需实现自动化控制的场合 C. 需灵活布置元件的场合 D. 实现工作机构直线运动的场合 【答案】A 【解析】液压系统影响运动传递准确性，不宜用于对传动比要求精确的场合。 1.气压传动的工作介质是（ ） A. 液压油 B. 水 C. 压缩空气 D. 润滑油 【答案】C 【解析】气压传动的工作介质是压缩空气，取用方便，用后可直接排入大气。 2.气压传动适宜集中供气和远距离传输与控制，原因是 ( ) A. 空气黏度小，流动时压力损失小 B. 工作压力低 C. 空气可压缩性大 D. 排气噪声大 【答案】A 【解析】空气黏度小，流动时压力损失小，这使得气压传动适宜集中供气和远距离传输与控制,B选项工作压力低限制了其功率；C选项空气可压缩性大会影响速度稳定性；D选项排气噪声大是其缺点，与集中供气和远距离传输无关。 3.气压传动在以下哪种恶劣环境下仍能可靠工作（ ） A. 潮湿环境 B. 易燃、易爆、多灰尘环境 C. 强磁场环境 D. 高温高压环境 【答案】B 【解析】气压传动对工作环境适应性好，在易燃、易爆、多灰尘、强辐射、振动等恶劣工作环境下，仍能可靠地工作。 · 液压优点：元件布置灵活，单位功率质量轻，可无级调速、自动过载保护，易实现直线或旋转运动，元件标准化程度高。 · 液压缺点：传动比不精确，受温度和污染影响大，效率低，元件制造精度要求高，高压高速时噪声大。 · 气压优点：介质环保，适宜远距离传输，适应恶劣环境，有自保持能力，维护简单。 · 气压缺点：工作压力低，速度稳定性差，排气噪声大，介质无润滑性。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$